날씨 예측의 원리?

날씨는 어떻게 예측하는건가?

우리는 집을 나서기 전 오늘 비가 오는지, 눈이 오는지, 날씨는 얼마나 추울지 더울지 확인을 하고 나섭니다.

그날의 날씨를 확인해야 우산을 챙기고, 옷을 두껍게 입는 등 하루를 쾌적하게 보낼 수 있습니다.

이러한 날씨는 어떻게 예측 가능한 것인지 한번 알아보겠습니다.

 

먼저 지표면을 작은 부분으로 나누고 각 지점에 온도, 풍속, 습도, 방향, 등을 관찰합니다. 이렇게 확보된 데이터를 기반으로 바람, 온도, 습도의 변화는 운동 방정식 및 열역학과 같은 물리법칙을 이용하여 계산됩니다.

 

무수히 많은 양의 데이터를 전달받아 계산하기 때문에 인간의 힘으로는 상세한 예측이 불가합니다.

 

오늘날의 우리는 단기 일기 예보에 사용되는 수치 예측(현재의 대기 상태를 수치적으로 나타내 이러한 데이터를 이용하여 앞으로의 날씨를 예측함)이라는 방법이 있습니다.

 

이 방법은 관측 데이터를 기반으로 컴퓨터에서 대기를 재현하여 현재 정보 및 물리 법칙을 기반으로 매우 정확한 예측을 할 수 있습니다. 따라서 이 수치 예측은 결정론적 예측이라고도 부르고 있습니다.

 

날씨 예보를 위해서는 먼저 대기의 현재 상태를 정확하게 파악해야 합니다.

 

 

앞서 말씀드린 것처럼 현재 일기 예보는 "수치 일기 예보"라고 합니다. 지구의 대기를 그리드처럼 조각으로 절단한 다음 높이 방향으로 절단합니다.

 

그런 다음 대기장을 설명하는 기본 법칙에 따라 데이터가 질서 정연하게 배열하는데 이것을 "차별화"라고 부릅니다. 조각된 인접한 격자 점 간의 차이의 형태로 표현되거나 시간 적분이 차이를 시간 차이로 취합니다.

 

기상위성은 기상을 관측하고 자료를 전송할 수 있는 기능을 가진 인공위성입니다. 기상위성이 관측한 데이터를 지상으로 수신하고 이를 이용하여 구름, 태풍, 안개, 황사 등 다양한 정보로 가공하여 사용할 수 있습니다.

 

특히 우주에서 지구상의 기상 변화를 감시하기 때문에 열대우림, 사막, 바다 당의 광범위한 지역을 관측하려 실시간으로 기상 정보를 확인할 수 있습니다.

 

기상위성은 이와 같이 넓은 지역을 동시에 관측하려 수천 킬로미터에 이르는 장마전선에서 수십 킬로미터의 규모의 작은 적란운까지 다양한 기상 현상을 관측할 수 있습니다.

 

기상 예보에 있어 가장 기본적이고 중요한 요인은 구름 영상입니다. 구름 영상에 나타나는 저기압 전선 태풍에 동반되는 구름 분포는 지속적으로 변화하는 지구의 대기 모습을 보여주므로 기상의 변화를 관측하는데 아주 중요한 역할을 해줍니다.

 

위와 같은 식으로 확인된 데이터를 슈퍼컴퓨터를 이용하여 지구와 대기를 만들고 재현하고 있습니다.

 

이 수치 일기 예보는 실제로 제 2차 세계 대전 직후 폰 노이만이 발명 한 전자 컴퓨터의 첫 번째 응용 프로그램 중 하나였습니다. 이 시대부터 컴퓨터 과학의 발전과 함께 기상학이 발전했다고 할 수 있습니다.